Patiesi Spocīgs: Cik Spokainas Kvantu Daļiņas Gandrīz Uzreiz Lido Cauri Barjerām

{h1}

Pētnieki nesen atrisināja ilgstošu jautājumu kvantu fizikā par to, cik ilgs laiks nepieciešams vienam atomam, lai tunelētu caur barjeru.

Patiesi spocīgs: cik spokainas kvantu daļiņas gandrīz uzreiz lido cauri barjerām: daļiņas

Fiziķi atrisināja gadu desmitiem ilgu noslēpumu, aprakstot, cik ātri daļiņa var iziet cauri barjerai.

Subatomiskajā līmenī daļiņas var lidot cauri šķietami neizbraucamām barjerām, piemēram, spokiem.

Gadu desmitiem fiziķi ir domājuši tikai par to, cik ilgs ir tā saucamais kvantu tunelēšana. Tagad pēc trīs gadus ilgas izmeklēšanas ir sniegta atbilde starptautiskai teorētisko fiziķu komandai. Viņi izmērīja tunelēšanas elektronu no ūdeņraža atoma un atklāja, ka tā pāreja bija praktiski acumirklīga, liecina jauns pētījums. [18 reizes kvantu daļiņas ienāca prātā]

Daļiņas var iziet cauri cietiem objektiem nevis tāpēc, ka tie ir ļoti mazi (kaut arī tie ir), bet gan tāpēc, ka fizikas likumi ir atšķirīgi kvantu līmenī.

Iedomājieties bumbiņu, kas ripo pa ieleju līdz nogāzei tikpat augsta kā Everesta kalns; bez stimulatora no jetpack bumbai nekad nebūtu pietiekami daudz enerģijas, lai notīrītu kalnu. Bet subatomiskai daļiņai nav jāiet pāri kalnam, lai nokļūtu otrā pusē.

Daļiņas ir arī viļņi, kas telpā bezgalīgi stiepjas. Saskaņā ar tā saukto viļņu vienādojumu tas nozīmē, ka daļiņa var atrasties jebkurā viļņa pozīcijā.

Tagad nofotografējiet vilni, kurš pārsteidz barjeru; tas turpinās cauri, bet zaudē enerģiju, un tā amplitūda (pīķa augstums) samazinās līdz galam. Bet, ja šķērslis ir pietiekami plāns, viļņa amplitūda nesamazinās līdz nullei. Kamēr saplacinātajā vilnī vēl ir palicis enerģijas, pastāv kaut kāda iespēja - kaut arī maza -, ka daļiņa var lidot cauri kalnam un iziet no otras puses.

Eksperimentu veikšana, kas fiksēja šo nenotveramo darbību kvantu līmenī, bija maigi sakot, “ļoti izaicinošs”, pētījuma līdzautors Roberts Sangs, eksperimentālais kvantu fiziķis un Austrālijas Grifita universitātes profesors, WordsSideKick.com pavēstīja e-pastā.

"Lai visi darbotos vienlaicīgi, jums jāapvieno ļoti sarežģītas lāzera sistēmas, reakcijas mikroskops un ūdeņraža atomu staru kūļa sistēma," sacīja Sangs.

Viņu uzstādījums izveidoja trīs svarīgus atskaites punktus: to mijiedarbības sākums ar atomu; laiks, kad sagaidāms, ka atbrīvots elektrons parādīsies aiz barjeras; un laiku, kad tas faktiski parādījās, Sang teica video.

Laika uzturēšana ar gaismu

Pētnieki izmantoja optisko laika uzskaites ierīci, ko sauc par attoclock - ultrashort, polarizētiem gaismas impulsiem, kas spēj izmērīt elektronu kustību uz attosekundi vai sekundes miljardo daļu. Viņu pulkstenis gaismā peldēja ūdeņraža atomus ar ātrumu 1000 impulsu sekundē, kas jonizēja atomus tā, ka viņu elektroni varēja izkļūt caur barjeru, ziņoja pētnieki.

Reakcijas mikroskops barjeras otrā pusē izmērīja elektronu impulsu, kad tas parādījās. Reakcijas mikroskops nosaka enerģijas līmeņus uzlādētā daļiņā pēc tam, kad tā mijiedarbojas ar gaismas impulsu no attoclock ", un no tā mēs varam secināt, kāds laiks bija nepieciešams, lai izietu cauri barjerai," Sang stāstīja WordsSideKick.com.

"Precizitāte, pēc kuras mēs to varēja izmērīt, bija 1,8 sekundes," sacīja Sangs. "Mēs varējām secināt, ka tunelim jābūt mazākam par 1,8 sekundēm" - gandrīz uzreiz, viņš piebilda.

Eksperimenti kvantu tunelēšanā bombardēja ūdeņraža atomus ar gaismas impulsiem un tad ar mikroskopa palīdzību izmērīja to impulsu.

Eksperimenti kvantu tunelēšanā bombardēja ūdeņraža atomus ar gaismas impulsiem un tad ar mikroskopa palīdzību izmērīja to impulsu.

Lai gan mērīšanas sistēma bija sarežģīta, pētnieku eksperimentos izmantotais atoms bija vienkāršs - atoma ūdeņradis, kas satur tikai vienu elektronu. Iepriekšējie eksperimenti, ko veica citi pētnieki, izmantoja atomus, kas satur divus vai vairāk elektronus, piemēram, hēliju, argonu un kriptonu, liecina pētījums.

Tā kā atbrīvotie elektroni var mijiedarboties viens ar otru, šī mijiedarbība var ietekmēt daļiņu tunelēšanas laiku. Tas varētu izskaidrot, kāpēc iepriekšējo pētījumu aprēķini bija garāki nekā jaunajā pētījumā, un desmitiem attosekundžu laikā, skaidroja Sang. Ūdeņraža atomu struktūras vienkāršība ļāva pētniekiem kalibrēt savus eksperimentus ar precizitāti, kas iepriekšējos mēģinājumos nebija pieejama, radot svarīgu etalonu, pēc kura tagad var izmērīt citas tuneļu daļiņas, ziņo pētnieki.

Rezultāti tika publicēti tiešsaistē 18. martā žurnālā Nature.

  • Vītā fizika: 7 prātu aizraujoši atradumi
  • Dīvaini Quarks un Muons, Oh My! Dabas smalkākās sadalītās daļiņas (infografika)
  • Lielākās neatrisinātās mistērijas fizikā

Sākotnēji publicēts Dzīvā zinātne.


Video Papildinājums: .




Pētniecība


Kā Sabiedriskais Transports Palīdz Videi?
Kā Sabiedriskais Transports Palīdz Videi?

Kabatas Izmēra Ierīce Pārvērš Viedtālruni Lieljaudas Mikroskopā
Kabatas Izmēra Ierīce Pārvērš Viedtālruni Lieljaudas Mikroskopā

Zinātne Ziņas


Dzelzceļa Straumes Iegremdēšana Aiz Tornado Uzliesmojuma
Dzelzceļa Straumes Iegremdēšana Aiz Tornado Uzliesmojuma

Liela Sasalšana: Zeme Varētu Ienirt Pēkšņā Ledus Laikmetā
Liela Sasalšana: Zeme Varētu Ienirt Pēkšņā Ledus Laikmetā

Rauga Dzimumdzīve Kļūst Savvaļas, Īpaši Smagos Laikos
Rauga Dzimumdzīve Kļūst Savvaļas, Īpaši Smagos Laikos

Viesuļvētra Fabio, Kas Raibs No Kosmosa
Viesuļvētra Fabio, Kas Raibs No Kosmosa

Atklāts Dīvains “Ant No Marsa”
Atklāts Dīvains “Ant No Marsa”


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com